基于RFIO的等效反向旋转随钻陀螺仪误差参数识别

为提高随钻姿态测量精度,提出一种基于旋转霜冰优化器(RFIO)的等效反向旋转随钻陀螺仪误差参数识别方法。首先对等效反向旋转惯导进行误差分析,以随钻姿态误差构造等效反向旋转误差目标函数,以钻停时角速度、加速度和磁场强度关系构造等效反向旋转误差约束条件,通过RFIO算法辨识误差参数。其次,根据历史目标函数、莱维飞行及RFIO迭代次数设计一种动态上下界策略,提高了目标函数的识别速度;根据当前目标函数值与最优值之间距离设计一种旋转游走策略,提高了误差参数识别精度。实验结果表明,工具面角和井斜角误差控制在±0.4°左右,方位角误差控制在±0.8°左右。与未等效反向旋转相比,工具面角精度提升约60%,井斜角精度提升约66.7%,方位角精度提升约70.4%。

等效旋转矢量系数优化的参数解析法

基于等效旋转矢量的姿态算法是减小捷联姿态计算中不可交换性误差的有效方法。针对Miller的多子样优化方法过程复杂且仅适用于优化圆锥运动的局限,提出了通过角速度矢量的高一阶近似模型并利用其各阶导数间的解析关系,实现系数优化的新方法——参数解析法。以Miller的三子样基本算法为例阐述了参数解析法的优化思路并详细推导了其优化过程,在经典圆锥运动环境下得到了与Miller法相同的优化结果。最后在规则进动和广义圆锥运动环境下对该方法的适用性进一步进行验证。该方法简单直观,无需求解误差四元数的解析式,适用范围广,为等效旋转矢量的系数优化提供了一种新思路。

高动态环境下SINS姿态更新的改进等效旋转矢量算法

高动态环境下捷联惯导系统的姿态算法是提高系统精度的关键技术.通过研究SINS高动态姿态更新方法,分析姿态矩阵解算的四元数及等效旋转矢量算法,使等效旋转矢量算法在高动态环境下的应用问题得以完善.为改善等效旋转矢量算法对于高动态飞行环境的适应性,以圆锥运动作为环境条件,对等效旋转矢量算法进行改进,推导改进算法的误差.通过与单子样和三子样等效旋转矢量算法进行仿真对比,验证了改进算法的有效性.

一种求解等效旋转矢量高阶误差补偿系数的新方法

在传统等效旋转矢量多子样算法中,仅考虑了二阶不可交换误差的补偿而忽略了高阶项的影响,算法精度有限。高阶误差补偿算法在一定程度上提高了等效旋转矢量的计算精度,但是其系数求解方法比较烦琐。针对以上问题,提出一种采用数值仿真方法进行误差补偿算法系数的求解方法,将等效旋转矢量方程(Bortz方程)分解为互不相关的不同重数的角速度叉乘积的形式,随机仿真生成高阶误差期望值和一组角增量的叉乘积,建立量测方程组,通过角增量矩阵秩的计算化简消除叉乘积之间的相关性,最终求得所有误差补偿系数,所提方法具有操作简单和易于推广的突出优点。在大锥角圆锥运动和大角度机动环境下进行了对比仿真验证,与传统算法相比新的高阶算法的精度提高了2~3个数量级。

基于多项式迭代的等效旋转矢量微分方程精确数值算法

提出了一种基于多项式迭代的求解等效旋转矢量微分方程(Bortz方程)的新算法,以角速度多项式作为输入,利用泰勒级数将Bortz方程中的余切函数展开成多项式形式,将不可交换误差补偿中的叉乘和求模运算变换为多项式的卷积运算,通过迭代求取等效旋转矢量的多项式精确解,有效地解决了捷联惯导系统在大角度机动环境下的姿态精确确定问题。此外,还对新算法的数值运算量和迭代收敛精度进行了分析。最后,进行了半锥角90°、频率1 Hz、时长1 s的大幅值圆锥运动姿态更新仿真实验,与传统圆锥优化算法的5''姿态误差相比,新算法的误差仅为10^(-7)'',具有明显的精度优势。

等效旋转矢量法在旋转弹姿态解算中的应用

作为捷联惯导的核心问题,姿态更新算法的选择至关重要.针对旋转弹的姿态测试问题,在四元数增量算法的基础上利用等效旋转矢量法对姿态进行优化,给出了姿态解算的数学模型.仿真结果显示,该算法对不可交换误差的抑制效果明显,同时,在一定程度上减小了累积误差,提高了导航精度.

磁流变液延期解除保险机构等效旋转试验平台

针对旋转离心机装配后机构存在偏心、预加载时间较长和加载转速限制等问题,提出了磁流变液延期解除保险机构等效旋转试验平台。该平台把旋转问题转化为了单向加载问题,从而实现了等效旋转,能在3ms内完成预加载,可精确加载到极高转速对应的载荷,能够精确测量磁流变液引信延期解除保险时间。等效旋转试验误差分析表明,经修正后等效旋转试验平台的等效误差不大于5%,能够很好地等效弹丸实际旋转时磁流变液的泄流情况。

基于改进等效旋转矢量的姿态更新算法研究

姿态更新算法是捷联惯导系统解算的核心,论文研究了姿态更新的等效旋转矢量算法,该算法在短时间内有很高的定位精度,但随着时间的延长会产生误差积累。通过改进算法可以有效降低误差,提升捷联惯导系统性能。

基于等效旋转调制的地磁提取

在随钻测量中,地磁矢量是解算方位角的关键信息,但地磁测量时,容易受到磁干扰的影响,为进一步提高方位角测量精度,提出了基于等效旋转调制的地磁提取算法。首先概述了地磁向量的误差模型;根据随钻测量环境特征设计了旋转随钻测量系统方案;并根据多测点的统计信息设计了统计卡尔曼滤波器对地磁参数进行估计。最后通过自主研发的磁惯性测量模块进行模拟物理实验和旋转钻进实验。实验表明:基于等效旋转调制的地磁提取算法能够将方位角的绝对误差从椭球拟合的4.88°,降低至0.45°。

陀螺内部摩擦对旋转物体等效原理检验的影响

利用角动量定理对实验采用的电磁驱动机械陀螺的内部摩擦力矩进行测量,分析了这一摩擦力矩对宏观旋转物体等效原理扭秤方案检验的影响,并就此提出了几项改善措施.实验结果表明:该摩擦力矩正比于陀螺的角速度,当陀螺旋转的角速度达到17 000 r/min时,陀螺内部摩擦力矩达到1×10-4N.m,这一大小对宏观旋转物体等效原理检验扭秤方案的预期精度给出了严格限制.

基于等效旋转矢量法的捷联惯导系统仿真

针对捷联系统中惯性器件大多采用增量形式的数据输出,论述了适合增量形式数据处理的等效旋转矢量算法基本理论.在此基础上给出了对捷联惯导系统的MATLAB软件仿真结果,仿真结果表明,等效旋转矢量算法可以实现对不可交换误差的有效补偿,算法关系简单,易于操作,特别适用于角机动频繁激烈或存在严重角振动的运载体的姿态更新.

构造等效反向旋转惯导及误差补偿

为消除捷联惯导姿态误差,提出一种等效反向旋转惯导方案及误差补偿方法。首先建立一个在初始时刻与载体坐标系重合且绕导航坐标系的旋转矢量始终与载体坐标系绕导航坐标系的旋转矢量大小相等、方向相反的坐标系;然后利用陀螺仪和加速度计测量数据计算该坐标系姿态,分析产生的姿态误差,并与载体坐标系的姿态误差作对比;最后,在载体小角度晃动以及做单轴正反往复旋转运动时,该坐标系和载体坐标系的姿态误差正好大小相等、符号相反,根据两坐标系姿态矩阵间的转换关系,估计出载体的姿态误差。在2 h静基座仿真实验中能够准确地估计出姿态误差,进行补偿后的3个姿态误差均减小了80%以上;通过转台实验估计出姿态误差的变化趋势,补偿后的3个姿态误差均减小了72%以上。两组试验证明该方案是有效可行的。

增强型等效旋转矢量算法在圆锥运动下的仿真

研究惯导系统,为提高精度,姿态算法在整个捷联算法中占重要地位。其中基于旋转矢量的姿态算法,提高计算精度的主要手段,在等效旋转矢量的更新周期中增加陀螺采样次数,采样次数增加带来的后果是导航计算机的负担加重,使数据采集、传输、运算的工作量都大大增加。为不增加陀螺采样次数能提高算法精度的角度出发,对等效旋转矢量算法进行研究。通过陀螺采样值充分利用增加高阶项来提高等效旋转矢量的计算精度,给出了等效旋转矢量算法新的表达式。并且用计算机对原有方法和增强型算法分别进行了仿真,证明算法可以保证航向和姿态精度要求。

用球面向量研究等效旋转问题

从基坐标系到任一坐标系的旋转变换,可以通过绕给定轴的一次旋转运动来实现。本文用球面向量方法给出解决等效旋转的几何模型。

一种圆锥运动条件下的等效旋转矢量算法研究

传统旋转矢量姿态算法一般采用陀螺的角增量信号来构造积分算法,当应用于输出为角速率的光纤陀螺捷联系统时,通过角速率提取角增量,算法会损失一定精度。提出了一种以陀螺角速率信号与角增量信号同时作为输入的改进旋转矢量姿态算法,进一步补偿了圆锥误差,提高了计算精度。仿真结果表明,该算法与传统二子样算法相比较,计算量相当,姿态精度、速度精度、位置精度有大幅度的提升。

双定子感应电动机等效电路分析

首先引入旋转等效的概念，将双定子感应电机两个定子之间的相对旋转，看成定子不动，而转子对应部分扭转了一个角度α，此基础上，又通过引入“相位折算”的概念，将两个定子之间旋转角α的变化，等效为转子相绕组有效匝数的变化，于是能够进行绕组折算，得到折算后的基本方程式，进而导出与常规感应电机相似的“Ｔ”形和“Γ”形等效电路。

基于正弦函数拟合的高动态捷联惯导姿态更新算法

为提高捷联惯导在高动态条件下的姿态解算精度,基于等效旋转矢量泰勒级数展开法,提出一种基于正弦函数拟合的高动态捷联惯导姿态更新算法。以正弦函数拟合载体运动角速度,考虑Bortz方程高阶项的影响,对陀螺角增量表示的旋转矢量进行泰勒六阶展开,对比旋转矢量不同形式表达式求得误差补偿系数。在MATLAB平台上,以圆锥运动与大角速率转动并存环境作为仿真条件,对所提算法与传统算法进行对比仿真分析。仿真结果表明,在小半锥角低频圆锥运动伴随高速角速率转动情况下,所提算法性能较好,当半锥角为0.5°、角频率为2.26πrad/s、常值角速率为5.30 rad/s、姿态解算周期为0.02 s时,所提正弦函数拟合三子样旋转矢量算法与传统扩展形式频率级数/显示频率三子样圆锥算法相比误差降低了2个数量级。

基于函数拟合姿态更新方法的足绑式行人导航算法

针对低成本足绑式行人导航系统中航向误差快速发散导致定位精度下降的问题,从降低姿态更新误差的角度出发,基于等效旋转矢量理论和傅里叶展开,提出一种基于函数拟合姿态更新方法的足绑式行人导航算法。首先,以等效旋转矢量法为理论基础,使用正余弦函数拟合足部运动角速度,利用泰勒展开及等式变换求取函数拟合姿态更新方法;随后,结合长短期记忆网络(LSTM)零速检测,设计适用于多种步态的足绑式行人导航算法;最后,以WT901BC IMU为硬件平台开展了多组不同步态的闭环路径验证实验,结果表明,相较于传统基于四元数法或二子样等效旋转矢量法的足绑式行人导航算法,所提方法定位误差平均减小47.66%和42.83%,航向误差平均减小49.99%和44.74%。

捷联惯导四子样旋转矢量姿态更新算法

姿态更新算法是捷联惯性导航系统的关键算法,目前姿态更新算法有欧拉角法、四元数法、方向余弦法和旋转矢量法。旋转矢量法可以采用多子样算法实现对不可交换误差的补偿。针对利用陀螺角增量输出进行姿态更新计算带来的不可交换性误差,考虑到导航坐标系在姿态更新周期内旋转比较缓慢的特点,研究了捷联惯导姿态更新的旋转矢量的修正算法,以此为基础详细推导了四子样的旋转矢量算法,得出利用陀螺角增量求解等效旋转矢量的显式形式。该显式形式中直接利用陀螺的增量输出,便于工程实际中应用。